隧道围岩块体稳定性分析及支护对策研究

合集下载

地下洞室围岩稳定性问题

岩爆有关岩爆的基本概念在地下开挖或开采过程中突然地以爆炸的形式表现出来爆。围岩的破坏有时会这就是所谓的岩当岩爆发生时，岩石或煤等突然从围岩中被抛出或弹出，抛出的岩体大小不等，大者可达几十吨，小者长仅几厘米。大型岩爆通常伴有剧烈的气浪和巨响．甚至还伴有周围岩体的振动。岩爆对于地下采掘或地下工程建筑常能造成很大的危害．大者能破坏支护、堵塞坑道，造成重大的伤亡事故。小者也能威胁工人的安全。因此，研究这类破坏的发生、发展与防治，对于地下开挖工作的安全与经济有着重要意义。
围岩应力重分布的主要特征是：
1
径向应力随着向自由表面的接近而逐渐减小，至洞壁处变为零。
2
切向应力在一些部位愈接近自由表面切向应力愈大，并于洞壁达最高值，即产生所谓压应力集中，在另一些部分，愈接近自由表面切向应力愈低，有时甚至于洞壁附近出现够应力，即产生所谓拉应力集中。这样，地下洞宝的开挖就将于围岩内引起强烈的主应力分异现象，使围岩内的应力差愈接近自由表面愈增大，至洞室周边达最大值。
(c) final bench excavation
(b) 9th bench excavation
(a) arch portion excavation
01
岩爆的类型和特点
05
断层错动引起的岩爆
03
围岩表部岩石突然破裂引起的岩爆
02
按发生的部位及所释放的能量类型,岩爆有不同的类型
04
矿柱或大范围围岩突然破坏引起的岩爆四川纳竹天池煤矿就曾多次发生这类岩爆，最大的一次将20余吨煤抛出20多m远
岩爆的产生条件与发生机制本质上，岩爆乃是洞室围岩的一种伴有突然释放大量潜能的剧烈的脆性破坏。从产生条件方面来看，高储能体的存在及其应力接近于岩体强度是产生岩爆的内在条件，而某些因素的触发效应则是岩爆产生的外因。

隧道围岩块体稳定性分析及支护对策

在块体理论的基础上开发的三维块体分析软件，该程序具有操作简便、功能齐全、互动性好等特点，目前已被众多学者接受和使用。。Ｕｎｗｅｄｇｅ程序研究的块
体由３组结构面和隧道轮廓面（临空面）切割而成。
岩体作为一种非均质介质，其间夹杂着断层、节理、破碎带、软弱夹层等结构面，这些结构面将岩体切割成形状各异、大小不均的块体。隧道开挖打破了块
体在自然状态下的稳定平衡，进而引起隧道围岩的
１块体理论及Ｕｎｗｅｄｇｅ程序
１．１块体理论块体理论目前已广泛应用于隧道、地下空间、边坡
等岩土工程中。块体理论认为，岩体由被结构面切割
该程序假定结构面为平面且可贯穿整个研究岩体；只
众多学者研究并发展了块体理论，并将其应用于工程
实践一。本文对块体理论和Ｕｎｗｅｄｇｅ程序的原理作简要介绍，并将其应用于莲花山２号隧道围岩稳定性分析
关键块体产生移动后，可能导致其余块体的松动，
６３
１）重力Ｗ
滑动方向为
摘要隧道围岩中的节理和断层将岩体切割成块体，人工开挖打破了块体的自然平衡状态。这些不

浅谈地下工程围岩稳定性与围岩控制

文章编号:1009-6825(2009)30-0111-02浅谈地下工程围岩稳定性与围岩控制收稿日期:2009-06-14作者简介:段学超(1974-),男,工程师,山西省交通建设工程监理总公司,山西太原 030006段学超摘要:对影响地下工程围岩稳定性的自然因素进行了详细分析,讨论了围岩稳定性与围岩控制的方法与思路,介绍了围岩稳定性的监测方法和手段,论述了锚杆工作载荷与围岩稳定性的相互关系,用锚杆无损监测的方法来全程监测围岩稳定性对研究围岩稳定及工程施工具有很大的指导意义。

关键词:围岩稳定性,锚杆,围岩控制,锚杆无损监测中图分类号:T U 457文献标识码:A地下工程围岩的稳定性对工程的正常运营是至关重要的。

地下工程围岩的稳定性主要与岩石的性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造等自然因素有关[1],并且还与开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。

本文将对围岩稳定性监测的手段进行讨论,详细的论述利用锚杆工作载荷与围岩稳定性的关系来全程动态检测围岩稳定性的方法。

1 地下工程围岩稳定性因素1.1 岩石性质及岩体的结构围岩的岩石性质和岩体结构是影响围岩稳定性的基本因素。

从岩性的角度,可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩,塑性围岩主要包括各类黏土质岩石、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等,通常具有风化速度快,力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质,故对隧道围岩的稳定最为不利;脆性围岩主要指各类坚硬体,由于岩石本身的强度远高于结构面的强度,这类围岩的强度取决于岩体结构。

从岩体的结构角度,可将岩体结构划分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。

松散结构及破碎结构岩体的稳定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状块体最好。

对于脆性的厚层状和块状岩体,其强度主要受软弱结构面的分布特点和较弱夹层的物质成分所控制,结构面对围岩的影响不仅取决于结构面的本身特征,还与结构面的组合关系及这种组合与临空面的交切关系密切相关。

探讨水平岩层隧道围岩稳定性及施工措施

探讨水平岩层隧道围岩稳定性及施工措施1、引言在公路隧道施工作业中，薄板状水平岩层是经常遇到的一种地质构造，在隧道开挖过程中，经常出现拱顶大面积平顶、落石、塌顶等现象，不但直接影响隧道的爆破效果，还会影响裸洞的围岩稳定性，增加初期支护喷射混凝土的使用量，导致施工成本不可控。

虽然光面爆破、预裂爆破等控制爆破技术日益成熟，且已成为山岭隧道开挖爆破的常规方法，但受钻爆人员技术水平参差不齐，以及施工管理水平高低等其他因素影响，在薄板状水平岩层公路隧道开挖施工时易造成拱顶落石、片帮、崩塌等现象，给施工安全带来极大的隐患和困难。

另外在薄板状水平岩层中，岩体通常都较为破碎，节理发育，粘着性差，完整程度不高，围岩稳定性较差。

由此，对薄板状水平岩层隧道围岩进行稳定性分析，预先考虑及采取防止围岩失稳垮塌的措施，对薄板状水平岩层隧道的安全施工以及成本控制等有着较大的积极意义。

2、工程概况瓦店子隧道在重庆万州区境内，隧道左线起讫桩号：ZK10+990～ZK14+246，长3256m；右线起讫桩号：K11+000～K14+280，长3280m，单线合计长度6536m。

瓦店子隧道进口前线路跨越长江，隧址区属丘陵地貌，隧道地表高程在260～575m之间。

洞身段属丘陵地貌区，高程575～347m，相对高差228m。

出口段位于槽谷山脊斜坡，高程265～320m，相对高差55m，斜坡坡度8～56°。

沿线地形起伏较大，属中低山地貌。

隧道位于万州区向斜近轴部，为单斜构造。

岩层产状340°∠4～8°，产状稳定构造简单。

穿越地层主要为侏罗系上统上遂宁组砂岩、泥岩，围岩岩性主要为泥岩、砂岩为主。

地层为水平岩层或近水平岩层，呈层状结构，层间结合力较差，地下水以基岩裂隙水为主，空间分布不均，整体水量较小。

3、薄板状水平岩层稳定性分析瓦店子隧道主要是以薄层～中厚层水平岩层或近水平岩层为主，岩层倾角较缓（4°～8°）。

铁路隧道软弱围岩施工对策探讨

Ａｂ塑性特征，这种特征可理解为在岩体中的应力引起岩体破坏而产生滑移之后，岩体的一部分强度在变形发展的过程中尚可保持。在设计软弱围岩中的支护结构时，应考虑和利用软弱围岩的这一特征，利用弹塑性的相关理论研究该问题。
＝
图２围岩与支护结构的相互作用
（）达成平衡的和对于不同刚度的１围岩和支护结构是不同的。围岩压力对于刚度大的支护结构数值要大，反之，较好柔度的支护结构其承受的围岩压力要小很多，如支护曲线 ② ③。（）２即使是同样刚度的支护结构，最后达成的平衡状态也会由于架设的时间不同而不同。越早架设支护结构，其承受的围岩压力相应就越大，如支护曲线 ① 。但这并不是说支护结构参与支护作用的时间愈迟愈有利，因为不加控制的初始变形将导致围岩的迅速松弛，出现松动压力如支护曲线 ④ ，从而致使隧道的坍塌。因此，支护本身的结构刚度、支护的安设时间以及其与围岩接触的好坏均会影响到支护所受围岩压力的大小与围岩的稳定性状态。
即表现为围岩支护需求曲线与支护特征曲线交点处的横坐标；支护结构上承受的荷载表示为交点纵坐标以下的部分，其上部分由围岩来承担。支护结构与隧道围岩在相互作用中达到平衡状态的过程可从上图分析得知。作用初期（中的Ａ点）图，支护约束力较围岩需要的小，一般支护结构不能满足需求。因此导致了围岩的继续变形，在变形过程中相交于支护结构的支护特征曲线的一点，进而达到平衡。该交点应出现在支护结构的ｕｏ。围岩的ｕ之前。由图可以归纳出：ｍ或

浅谈隧道围岩支护结构的稳定性

ＳｃｅｎｃｉｅａＴｅｃｈＯｇｙｎｎｄｎＯＩＩｎｏｖａｉＨｅｒｄｔｏｎａｌ
！Ｑ
Ｑ塑：
工业技术
பைடு நூலகம்
浅谈隧道围岩支护结构的稳定性
王吉聪（中铁十九局集团第三工程有限公司一分公司辽宁大连１６２）１０４摘要：隧道固岩支护系统是隧道工程施工中的一个重点。本文主要介绍了隧道围岩支护结构稳定性的相关问题，对相关概念和研究状况进行了较为详细的阐述。关键词：隧道围岩支护结构稳定性中图分类号：４Ｕ５文献标识码：Ａ文章编号：６２３９（Ｏ８ｌ（）０５ — １１７－７１２Ｏ）２ａ一０５０
了以有限元法为代表的数值分析时期。我国隧道结构的计算模型也经历了由粗略到精细的过程。（）的图解法，考虑地层的弹性约束１早期未２世纪５年代以前，国铁路隧道衬砌０Ｏ我现行高速公路隧道结构稳定性的评价，一１问题提出般分为定性评价和定量评价。定性评价是一设计很少进行内力计算，别情况需要计算个大目前，国隧道工程设计与施工中主要采种粗略的围岩稳定性评价方法，我主要用于中小时，多数用图解法。（）０２２世纪５年代学习前苏联，Ｏ考虑地层用现场监控量测的方法，然后用反分析方法来规模的浅埋隧道，与定量评价方法结合使常荷载一结构 ” 模型得到普遍推行反算岩体的某些参数及原岩应力，再利用正分用，工程实践中最常用方法是工程地质判别弹性抗力的 “ 析对围岩和支护的安全度作出超前预测，并预法。定量评价是在岩体物理力学性质指标的这个阶段的特点是把地层看作是弹性介测隧道结构最终是否稳定。隧道与地下工程基础上，用解析分析法、图解分析法、数质，采对衬砌变形起到弹性约束作用，即对衬砌涉及到地理与地质环境因素、工程因素、施值分析法和不确定方法来评价围岩稳定性，是产生弹性抗力。弹性抗力有局部变形与共同工过程控制水平等因素。岩石这种特殊的材工程实践中准确评价围岩稳定性的极为常用变形两种理论。后者在理论上更为合理，计但料组成和结构的复杂性导致了开挖技术的理的方法。．算复杂和所需力学参数难以确定，并未在我国论研究至今只能停留在简单的结构分析和孤目前，工程实践中通常采用的隧道围岩定得到推广使用。立的固体力学和数值分析的领域。理论研究量评价方法有解析分析法、图解分析法、值（）３收敛约束模型数和工程实践表明，要想解决岩石力学在隧道工分析法、不确定方法。随着新奥法的问世和与新奥法有关的研程设计与施工中的普及问题，单纯应用力学、３１解析分析法．究工作的不断深入，近二十年来在地下结构设数学的理论分析是行不通的，必须从隧道工程解析分析法通过对地质原型的高度抽象计理论中又出现了一种根据洞周位移量测值实际出发，系统概念为指导，靠原型观测获得简单的计算模型，助数学力学工其计算反馈设计衬砌结构的模型一收敛约束模型。以依它借资料的验证与反馈，走理论分析与经验分析相围岩中的应力分布状态，而进行隧道围岩稳在隧道与地下工程界也占有一席之地。从结合的道路。定性评价。（）围岩看作支护体系一部分的 “ ４把地３２图解分析法．层一结构”计算模型（又称 “ 连续介质”模型）图解分析法就是通过作图来分析各结构是隧道结构计算分析理论的又一大发展２隧道围岩及支护结构稳定性面之间、结构面和开挖临空面之间的空间组和新奥法一起传入的 “ 道力学 ” 是隧，２１隧道围岩及支护结构稳定性的概念．隧道应指围岩与支护结构的综合体。将合关系，确定出在不同工程部位可能形成块体岩土力学、弹塑性理论等在隧道分析中的应把人工支护结构与其周围一定范围内的地层（的边界，而分析其稳定性，围进常用的有赤平极用。从充分发挥围岩本身的支承作用出发，参与和共同承受岩）作 “ 护系统 ” 看支。射投影法、实体比例投影法、地质几何法（关围岩看作支护体系的一部分，围岩原始应力和开挖过程应力释放的作用。等关于 “ 定性 ”一词，指 “ 构或构键块体法）。稳是结３３数值分析法．这种 “ 层一结构”模型理论上应该是更为合地件保持稳定状态的能力。由于隧道组成复需要研究围岩和杂，经历毛洞、初期支护、二次衬砌等工又在围岩稳定性分析中，解析法只能适用于理的模型。考虑围岩的作用，目前有理想弹性、弹塑作阶段，它没有压杆屈曲和边坡滑动那样明确那些边界条件较为简单及介质特性不甚复杂支护材料的本构关系，粘弹塑性等多种假定。用解析法分析的公单一的含义，包括的内容较广泛。对围岩的的情况。多数的工程课题在特定条件下只能性、目前只在圆形隧道的弹性解和弹用数值法求解。数值分析法是通过对地质原式比较复杂，稳定状态考虑了涌水、道变形、隧坍塌以及种其塑性解。数值法以有限元为主，他如边界种障碍等内容。对此，也可理解为短暂的毛洞型的抽象并借助有限元等分析方法计算不同阶段的要求，时只有靠围岩本身起到支护的土况荷载下岩体的应力状态和围岩稳定性问元、离散元也有众多成果。这作用。加之人工支护后， “ 对支护系统” 的稳定状态要求其实也一样，然是不涌水；仍不导致产生影响使用的变形；不因支护构件的破坏而引起坍塌或倾覆；不发生种种障碍等。２２隧道围岩及支护结构稳定性分析的必要性．初期支护结构具有一点的承载能力，要保持一定的刚度，为施工提供安全和正常工作的空间。因此初期支护的稳定性状态是施工人

郑颖人-隧洞围岩稳定性分析方法探索

不收敛作为边坡破坏判据
滑面上节点水平位移随荷载的增加而发生突变
(2)本构关系与屈服准则的选取
a.本购关系采用理想弹塑性模型 b.准则采用莫尔—库仑准则、
德鲁克—普拉格(D-P)准则
k F I1 J 2
I1，J2分别为应力张量的第一不变量和应力偏张量的第二不变量。
图3 各屈服准则在π平面上的曲线

KN≤φαRabh
当轴向力偏心矩e0 ≥0.20h时，由材料的抗拉强度控制结构承载力

KN≤1.75φRabh/(6e0/h-1)
衬砌安全系数
弯矩图
轴力图
无初期支护时,衬砌结构安全系数表
衬砌厚度 h/m 开挖后应力释放率
最不弯距 /(KN 利位置 ·m
轴力 /M N
偏心衬砌安全距 e0/m 系数
围岩安全系数
0.25 30% 拱脚 486 2.64 0.18 1.36 1.15
0.25 50% 拱脚 428 2.74 0.15 1.62 1.22
（2）有初期与二次支护时的设计
初期支护：锚喷支护，喷层厚度15cm
计算时，锚杆支护以增加10%粘聚力代替二次支护：厚25cmC30混凝土
设计要求：
0.350D～ 0.672D
0.192D～ 0.362D
0.472D～ 0.896D
0.212D～ 0.410D
三心圆拱>扁平直墙拱>窄高直墙拱小断面（5×7.5×5）>大断面(10×15×10)
2 以塑性区大小为破坏判据的问题
位移值大小主要取决于弹模，塑性区
大小主要取决于强度
力学分析中还没有以塑性区大小的破

高速公路隧道围岩稳定性探究

为了对隧道掌子面后方附近围岩的稳定性进行分析，需要设置关键块，即岩块，尺寸与位置如图１所示。其中，ａ、ｂ、ｈ分别表示岩块的长、宽、高；ｇ表示关键块所受爆破的作用力；Ｇ为岩块重力；Ｆ为岩块所受的抗剪力。在研究关键块的稳定性时需做如下假设。在关键块掉落时应剪断结构面的凸起部分；岩体与关键块间的节理面应为无规律的起伏状；在剪断结构面的凸起部分时，压应力极大，此时的压应力为岩石的抗剪强度；爆破的作用力均向下，并且作用在关键块上。关键块达到临界平衡条件时，围岩结构面的抗剪力等于关键块所受爆破的作用力与岩块重力之和。根据高速公路隧道围岩关键块的位置和形状等有关特性，可以较为准确的计算出隧道在施工过程中保证关键块不掉落而所需的炸药量，从而保证了围岩的稳定性，防止安全
摘
要：以某一高速公路隧道段工程为例，通过对隧道结构面的主要类型和强度以及围岩关键块体稳定性的定性
分析，来对高速公路隧道围岩的稳定性进行探究。最后还介绍了隧道围岩稳定性的发展现状以及发展趋势。
关键词：隧道围岩；稳定性；发展现状；发展趋势中图分类号：Ｕ４４５文献标识码：ｃ文章编号：１００８— ３３８３（２０１３）０７—０１１７一Ｏ１
１工程概况
事故的发生，并且保证了工程质量。
某高速公路隧道段，左右隧道洞全长分别为１２８１ｍ、１２７５ｍ，隧道以分离式为主，出口端呈小净距。隧道地处构造侵蚀低山区，隧道出口出位于一近南北的沟谷斜坡下段，斜坡较长，坡度均较缓。该隧道出口端的主要地层岩性为硬质岩类，主要包括白云岩以及灰岩等，岩体质量一般，岩块抗压强度较高。沿隧道内裂隙可发现洞溶现象明显，有溶洞、溶沟、溶槽等岩溶现象。由于溶蚀现象强烈，岩溶裂隙发育，所以围岩的自身的稳定性极差，很容易发生坍塌、冒顶等事故。综合该隧道的自身特点以及周围环境，决定采用 “ 新奥法” 设计和施工，并且采取钻爆破法进行开挖。隧道出口小净距段采用全断面法爆破开挖，表１所示内容为掌子面爆破开挖的各参数值。表１爆破开挖参数表

分析影响隧道围岩稳定性因素

文章编号:1004 5716(2003)05 59 02中图分类号:U451+ 2 文献标识码:B 分析影响隧道围岩稳定性因素习小华(西安科技学院,陕西西安710054)摘要:主要对影响隧道围岩稳定性的自然因素如岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水进行了详细的分析。

关键词:围岩稳定性;天然应力状态;地质构造毫无疑问,隧道围岩的稳定性对隧道的正常运营是至关重要的。

从许多隧道发生的交通事故中可以知道,隧道围岩的稳定性不仅与岩石的性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造等自然因素有关,而且还与隧道的开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。

但其中起主导作用的还是岩石性质及岩体的结构、岩体的天然应力状态、地质构造、地下水等自然因素。

因此了解这些因素对围岩稳定性的影响和机理,才能够客观实际的采取相应的维护隧道围岩稳定的措施。

1 岩石性质及岩体的结构围岩的岩石性质和岩体结构通过围岩的强度来影响围岩的稳定性,是影响围岩稳定性的基本因素。

从岩性的角度,可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩,塑性围岩主要包括各类粘土质岩石、粘土岩类、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等,通常具有风化速度快,力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质,故对隧道围岩的稳定最为不利;脆性围岩主要各类坚硬体,由于这类岩石本身的强度远高于结构面岩石的强度,故这类围岩的强度主要取决于岩体的结构,岩性本身的影响不是很显著。

从围岩的完整性(围岩完整性可以用岩石质量指标RQ D、节理组数Jn、节理面粗糙程度Jy、节理变质系数Ja、裂隙水降低系数Jw、应力降低系数SR F八类因素进行定量分析)角度,可以将围岩分为五级即:完整、较完整、破碎、较破碎、极破碎。

如果隧道围岩的整体性质良好、节理裂隙不发育(如脆性围岩)即围岩为完整或较完整,那么,隧道开挖后,围岩产生的二次应力一般不会使岩体发生破坏,即使发生破坏,变形的量值也是较少的。

块体理论在隧道围岩稳定性分析中的应用

块体理论在隧道围岩稳定性分析中的应用摘要：本文以山西阳泉檀树岩隧道为工程实体,应用块体理论原理,建立了隧道和结构面的实体模型,详细介绍了块体理论的建模过程、块体边界条件的确定、块体的几何模型以及几何参数的确定，进而对块体的稳定性进行了评价,得出了较有益的结果，对檀树岩隧道超前地质预报提供了较好的依据。

关键词：块体理论围岩稳定性分析1、引言在坚硬和半坚硬地层中，岩体被结构面切割成各种类型的空间镶嵌块体。

在自然状态下，这些空间块体处于静力平衡状态。

当进行隧道开挖时，使暴露在临空面上某些块体失去原始的静力平衡状态，因而造成某些块体首先沿着结构面滑移、失稳，进而产生连锁反应，造成整个隧道围岩的破坏。

本文利用块体理论这一原理分析评价隧道围岩的破坏机制，从而进行隧道围岩的稳定性评价。

2、工程概况檀树岩隧道位于阳泉市盂县南娄镇白家沟村～檀树岩村～狮子坪村西。

设计为分离式隧道，单洞宽度约13m，双线隧道间距约为12 m，左线里程桩号为ZK8+982～ZK12+824，长3842m，右线里程桩号为K8+982～K12+787，长3805m；属特长隧道，隧道总体走向为北东-西南向。

本次进行评价的区段为进口左线（桩号：ZK9+168～ZK9+198），根据隧址区域的勘察报告，结合野外工程地质调查，该段不存在大的断裂构造和不良地质体，隧道围岩主要由二叠系上石盒子组(P2s1)和下石盒子组(P1x2)地层构成，岩性主要为黄绿～紫红色泥质砂岩和灰白色粗粒砂岩构成，该段岩层产状为120°～145°∠5°～8°。

地表部分区域为残坡积物覆盖，厚度一般为1～2m，植被较发育，与基岩接触面夹0～1.0m厚的风化夹层，以下中～微风化，通过掌子面的编录，节理以平面共轭X节理组30°～35°∠72°～80°和160～165°∠59°～81°为主，其规模为5～10m，间距为0.3～0.57m。

爆破施工对隧道围岩的稳定性影响分析

爆破施工对隧道围岩的稳定性影响分析摘要：隧道钻爆施工技术在城市山区隧道中应用，可以有效加速施工进度，控制施工成本。

但受周边环境影响，爆破施工对隧道围岩的影响日益突出，特别是爆破振动和爆破应力波的影响已成为制约爆破开挖的主要因素。

关键词：爆破；隧道；围岩；稳定性；爆炸1.隧道开挖爆破产生的破坏和扰动1.爆破的内部作用（1）扩大空腔。

即爆炸使炮孔周围产生破坏，破变大。

（2）压碎区。

又称压缩区，即直接与药包接触的岩石，在爆炸发生后，爆炸产生的爆轰压力激发了在岩石中传播的冲击波，冲击波的强度远远大于岩石的动抗压强度。

使岩石破碎或形成压缩空洞。

（3）破裂区。

即冲击波在通过压碎区后，强度变小，以致于低于岩石的动抗压强度，无法直接造成岩石的破碎。

这种低于岩石动抗压强度的波称为压缩波。

压缩波在压碎区外围的岩石中传播，引起切向拉应力，使得外围的岩石产生径向裂缝。

同时压缩波还会使外围岩石压缩，岩石的应力释放，出现环向裂缝。

径向环向的交互作用，使得岩石被割据成块。

（4）振动区。

在破裂区外围的岩石，应力波强度无法使岩石产生破坏。

但是，这些应力波会产生岩石的弹性振动。

1.2爆破的外部作用外部作用与内部作用相对立。

当药包的中心与自由面的垂直距离低于临界值，则爆炸后，爆炸的破坏作用能到达自由面，造成自由面附近的岩石破坏。

主要从以下几点讨论外部作用。

（1）爆炸产生的冲击波或者应力波在到达自由面后，会发生发射，反射波与入射波相反。

反射波则为拉力波，使得岩石被拉断。

导致岩石从自由面向内部破碎。

（2）自由面反射回来的拉伸波，与裂缝端口处的应力场相互叠加，导致裂缝的延伸。

（3）岩石中的准静态应力场被改变。

使得岩石在自由面方向受到剪切破坏更加容易。

1.隧道围岩应力状态在隧道爆破开挖过程中，爆破冲击荷载使岩体中的细小结构缺陷（如微裂缝、微孔隙等）扩展为宏观裂缝，导致岩体本身的力学性能下降，结构劣化。

同时，爆破和开挖等工程力量破坏了岩体的初始地应力场，导致岩体中的应力重新分布。

海底隧道围岩稳定性分析现状及方法

海底隧道围岩稳定性分析现状及方法摘要：随着经济的快速发展，我国正处于隧道建设的高潮时期，在隧道建设上我国每年都投入大量的人力、物力和财力，这就迫切需要实现隧道建设高效与经济。

隧道施工过程中，洞室周围岩体发生应力重新分布，当这种重新分布应力超过围岩的强度极限时，将会造成围岩的失稳破坏，因此隧道施工过程中洞室围岩稳定性评价与受力状态研究就显得日益重要。

关键词：隧道；围岩；稳定性1隧道围岩稳定性影响因素分析现状1.1地质结构地质结构是多因素的综合影响，其中软弱结构面是影响隧道围岩稳定的一个重要因素，所谓软弱结构面是指相对发育软弱的结构面，即张开度较大，充填物较差，成组性好，规模较大，有利于滑移的优势方位的结构面。

由于结构面产状不同，与洞轴线的组合关系不同，对隧道工程围岩稳定的影响程度亦不相同。

这些结构面是岩体中的薄弱部位，它们的力学强度较低因此，岩体软弱结构面分布状况经常是围岩稳定与否的控制性因素。

1.2地应力水平围岩地应力因素对隧道工程围岩稳定性的影响是众所周知的，特别是高初始应力的存在。

岩石强度与初始应力之比（rc/σmax）大于一定值时，可以认为对洞室围岩稳定不起控制作用，当这个比值小于一定值时，再加上洞室周边应力集中结果，对围岩稳定性或变形破坏的影响表现就显著了。

海底隧道由于其处于海底，围岩前期固结压力较大，岩体在海水压力和自重应力下已经固结，海水压力即使是浅海地区也有几百千帕，对于海底软岩或是含软弱结构面的岩体，岩石强度较低，rc/σmax值较小，隧道拱底两侧会发生严重的应力集中现象，此外弱层内部会出现较大面积的塑性区。

1.3地下水地下水的存在及活动使它在隧道周围产生水利学的、力学的、物理和化学的作用几乎总是不利于洞室的稳定。

这种不利的作用大致体现在三个方面：①由于洞室开挖，地下水有了新的排泄通道，因此在洞周会产生渗压梯度。

而且经常是不对称指向洞内的附加体积力，增加了周围岩石向洞内的挤压力；②润滑作用。

隧道穿越破碎山体围岩稳定性研究

维普资讯
铁
３８
道
建
筑
Ｊｎ，０７ｕｅ２０
ＲｉａｎｉｅｒｇａｌｙＥｇｎｅｎｗｉ
文章编号：０３１９（０７０．３．１０．９５２０）６０８００４
隧道穿越破碎山体围岩稳定性研究
围岩稳定分析途径可以分成两大类型，一类是第立足于经验统计，如工程类比法；第二类是着重于理论和数值分析，块体极限平衡法、限单元法、界元如有边
法、散元法、格朗日元法等。离拉
３２围岩稳定分析方法．
顶部、墙折断，结构面拉裂侧沿
延性
剪切
应力超过抗剪强度，结构面滑沿移，墙产生剪切破坏侧
延性
塑性流动
围岩遇水膨胀，生塑性流动延产
性破坏
图４九华山隧道暗挖段山体模型
陈根锁
（中铁十五局集团有限公司南京工程指挥部，京南２００）１０２
摘要：合南京九华山隧道穿越破碎山体的工程实际，断裂带近区山体围岩，立双连拱隧道穿越断结取建裂带三维计算模型，隧道开挖过程中破碎带围岩变形和应力情况进行三维非线性计算分析。从而判对
格，在边界和巷道周围等不规则处也可用三角形网络
１示。所

块体理论在隧道围岩稳定分析中的应用

处于稳定状态Ｊ。通过计算净滑动力Ｆ的值，从而确定关键块体。
ｌ
Ｉ
２块体理论分析隧道围岩稳定性
某分离式公路隧道南北走向，净宽１Ｏ．７５ｍ，净高５１２１。根据地质测量与概率统计，该隧道主要有三组优势结构面，其参数取
是影响岩体整体稳定性的关键因素，往往在施工及运营过程中造
＋５
成灾害Ｊ。在分析围岩稳定性时，可主要对这些失稳块体进行
分析和加固，就可以确保整个工程岩体的稳定。
ａ）块体直接掉落
ｂ）块体沿单面下滑
Ｃ）块体沿双面下滑
３
３２８
８４
ｃ＝０，（ｂ＝３０。
根据可动块体判别标准，在隧道的顶部、两侧及底部形成如图３所示的关键块体。由于块体１，２在底部，属稳定块体。因此
表２关键块体的几何特征
块体滑动方式
，５，７，８进行加固，其块体特征如表２所示。非全部是可移动的，如果只由结构面形成的裂隙锥为有限，由临主要对块体４
体积３．４０８１．３５３重量８．５２Ｏ３．３８２
４５７８
单面滑动双面滑动单面滑动直接掉落
１．３关键块体的运动学分析
以上都是纯几何学的论述，接下来从运动学的角度对可动块体进行分析。作用于可动块体上的力有：主动力合力，、滑动面上

考虑节理的六盘山隧道围岩稳定性研究

段隆臣，闫丰，蒲有林，谭松成
（１．中国地质大学（武汉）工程学院，湖北武汉４３００７４；２．岩土钻掘与防护教育部工程研究中心，湖北武汉４３００７４；３．兰州铁道设计院有限公司，甘肃兰州７３００００）
市华亭县，穿越六盘山山脉，全长１６６９０１ＴＩ，为全线最长的越岭隧道，隧道起讫里程ＤＩＫ８３＋５００－ＤＩＫ１００＋１９０。隧道进口位于华亭县麻庵乡麻庵河上游峡谷内，出口位于华亭县西华镇青林村。隧道进口路肩高程为１６９０．９５Ｉｎ，出口路肩高程为１５００．２９Ｉｎ，洞身最大埋
路隧道围岩稳定性。
模型选为正方体，尺寸为６０ｍ ×６０ｍ ×６０Ｉｎ，隧
道最宽处６．２５ｍ，最高处９．００ｍ。图１为隧道监测点
位置。
１工程概况
天水至平凉铁路六盘山特长隧道位于甘肃省平凉
２０１３年第８期
段隆臣等：考虑节理的六盘山隧道围岩稳定性研究
６１
５结论
吕ｇ
搀
本文用３ＤＥＣ软件模拟计算六盘山隧道开挖后围岩的变形特征，计算结果表明，在洞室开挖后，应力场发生调整，围岩向洞室内收敛，发生一定的变形，其中

基于3dec的大断面隧道围岩垮塌失稳研究

（作者单位：山东高速路桥集团有限公司）
163
162
技术应用
现场施工至 Y1K6+763.5 处时，出现了掉块的情况（图 4）。围岩上中部出现小面积垮塌，有较大块体掉落，无人员伤亡。
图2 结构面3DEC模型
表2 模型块体力学参数
材料名称容重γ 剪切模量G 体积模量K 内聚力
V级围岩 20
0.56
1.67
2.88
超前加固 24
12.50
16.67
右线
-
-
520
32.24 1093 67.76
本文所研究 Y1K6+758.5-Y1K6+769.55 段掌子面，现场围岩等级为 V 级围岩。
二、围岩稳定性数值分析 1. 3DEC 模拟采用节理倾向、倾角、节理中心点坐标及贯通率的随机数，通过内置 fish 语言编制随机节理三维网络模型生成程序，建立节理岩体随机节理三维网络模型（图 2）。其中，围岩块体力学参数见表 2。
覆第四系残坡积覆盖粉质黏土层，下伏石灰岩，页岩。且隧址内地下水分主要为岩溶裂隙水类型。
图1 掌子面结构图
2. 围岩级别在岩石强度及完整性系数的基础上，考虑围岩特征、环境等因素对围岩进行分级，如表 1 所示。
表1 小佛寺隧道围岩分级统计表
围岩级别
Ⅲ 长度(m) 比例(%)
Ⅳ
Ⅴ
长度(m) 比例(%) 长度(m) 比例(%)
一、工程背景 1. 工程概述及工程地质条件小佛寺隧道位于山东省济南市历城区锦绣川镇，主要通过的村落为东崖村、团飘村。隧道左线长 1643m，右线长 1613m，为分离式结构，属公路长隧道。隧址区地形起伏较大，地面标高 260.0 ～ 510.0m，相对高差 250m。本文选取小佛寺隧道右线 Y1K6+758.5Y1K6+769.55 处掌子面 ( 图 1、图 2）进行分析，并用 3DEC 软件对该段掌子面进行模拟，判断其稳定性。根据工程地质调绘及钻探揭示，隧址区地层岩性较为简单，上

隧道中脆性岩石稳定性分析及处理办法

隧道中脆性岩石稳定性分析及处理办法在现代社会中，大量的城市化建设和交通工程需要通过隧道来实现。

由于地质环境的差异，有些隧道建设过程中会遇到一些特殊的问题，如脆性岩石的稳定性。

脆性岩石是指在受到应力后，它会引起裂缝和碎裂的一类岩石，它往往会给隧道的建设带来很大的困难，同时也会威胁隧道的安全。

因此，对于隧道中脆性岩石的稳定性问题迫在眉睫。

本文将从隧道中脆性岩石的特点、形成机理、稳定性分析及处理办法等方面展开探讨。

一、脆性岩石的特点和形成机理脆性岩石是在甚低温度的条件下形成的一种岩石。

它生长非常缓慢，有着非常脆弱的性质，容易出现裂缝和碎裂的现象。

这种岩石通常都分布在大陆边缘和板块交界上，发生地震等地质灾害时，往往是最容易受到破坏的对象。

脆性岩石的形成机制与温度、压力、湿度有关，离子水化反应的速度是这种矿物在大陆边缘形成的重要因素。

在这种过程中，水化离子在形成负离子时会带上水分，类似于“吃水”。

而脆性岩石的化学成分又包含了许多可溶性离子，这些离子在溶解时会释放大量的热量，因此使得脆性岩石在生成的时候受到巨大的压力，这也意味着脆性岩石很容易在受到外力作用时造成裂缝和碎裂。

二、脆性岩石的稳定性分析隧道建设中，造成隧道脆性岩石破坏的主要因素往往是隧道挖掘的施工质量和施工过程中的应力集中。

这种破坏往往发生在隧道的上部和边缘位置，长时间存在的裂缝和微裂缝也会扩大并演变为大的裂隙痕迹，进而导致隧道结构的不稳定和变形等问题。

在进行隧道稳定性分析时，需要考虑以下几个方面：1. 几何特点隧道的几何特性是进行稳定性分析时的基础和前提。

可以通过探岩、人工开挖等方法获取隧道岩石的物理特性参数，再借助工程力学等方法计算出隧道固结围压、岩体之间的剪切力和摩擦力等数据。

据此，可以初步评估隧道的稳定性问题。

2. 材料特性材料特性的分析不仅是隧道稳定性评估的重要依据，也是评估工程实施方案的关键因素。

材料特性的分析涉及到隧道建设中所使用的各种材料，比如钢筋、混凝土等等。

现代化背景下隧道围岩稳定性影响因素浅析

现代化背景下隧道围岩稳定性影响因素浅析摘要由于隧道工程自身优势，隧道工程建设数量日益增多。

隧道空间是依靠围岩而成的，因而围岩稳定性对于隧道施工具有非常重要的影响。

影响围岩稳定性的因素很多，根据隧道工程实际施工经验，总结了影响围岩稳定性的多个因素，针对每个因素对隧道的影响做了具体阐述，为隧道工程施工和隧道设计提供了重要参考依据。

关键词围岩；状态；岩石；施工目前，我国经济建设速度突飞猛进，隧道工程以它自身的优越性越发得到人们的认可，国内外各大城市均大量地进行隧道工程建设。

公路隧道、水底隧道、城市道路隧道、铁路隧道等隧道工程在日益增多。

围岩稳定性对于隧道工程具有十分重要的影响，影响围岩稳定性因素越来越受到广大学者的重视。

影响围岩稳定性的因素归纳起来主要有两类，一类是地质状态，包括岩体的基本特征、结构状态、地下水状态、岩体强度及初始应力状态。

另一类是人为因素，包括施工方法、断面形式，支护结构形式等。

1 地质结构1.1 围岩完整状态围岩完整状态，即围岩破碎程度，包括两个方面，一是岩体岩块大小，二是构成这些岩块所处状态。

围岩破碎程度越差，隧道結构就越不稳定。

结构岩体在不同工程地质条件下，就会形成稳定、次稳定或不稳定的围岩。

目前，为了便于判断围岩的完整状态，大连海事大学道桥所研究所推出了完整性系数（Kv）与岩体体积节理数（Jv），完整性系数定性的确定方式参考表1。

1.2 岩石本身强度隧道所处位置的围岩性质是决定围岩稳定性的重要因素。

如果在较大块岩体中，结构面强度较高，裂隙较少，岩石与岩体强度比较接近，这时，岩石越硬、则其强度就会越高，围岩状态也就会越稳定。

隧道结构经常会出现一些岩溶、蠕变、大变形、湿陷性以及水膨胀等问题，这些失稳现象是与岩性密切相关的[1]。

1.3 初始应力状态岩体的初始应力主要是由岩体的自重和地质构造运动所引起的。

在岩体中进行开挖以后，改变了岩体的初始应力状态，使岩体中的应力重新分布，引起岩体变形，甚至破坏。

隧道开挖施工中的围岩支护设计与施工技术

隧道开挖施工中的围岩支护设计与施工技术一、引言隧道是一种重要的地下交通和工程建设设施，隧道的施工需要考虑岩体的稳定性和围岩的支护措施。

本文将讨论隧道开挖施工中的围岩支护设计与施工技术。

二、围岩分类与特点隧道中的围岩主要分为软岩、硬岩和岩溶地质。

不同类型的围岩具有不同的物理性质和力学特点。

软岩较脆弱，易塌方；硬岩较坚固，易出现裂隙；岩溶地质则易受水体侵蚀。

三、围岩支护设计原则在隧道开挖施工中，围岩支护设计是确保隧道安全稳定的关键。

围岩支护设计应遵循以下原则：合理布置支护形式；选择适当的支护材料；根据围岩的稳定性设计支护结构。

四、围岩支护材料围岩支护材料通常包括钢支撑、锚杆锚网、锚索和喷射混凝土等。

钢支撑具有强度高、稳定性好的特点，适用于较坚硬的围岩；锚杆锚网和锚索能增强围岩的整体性和抗拉强度，在较软的围岩中应用较多；喷射混凝土则可以填补围岩的空隙，加固支护结构。

五、围岩支护结构围岩支护结构包括切削法支护、封闭式隧道衬砌、洞室围岩锚索支护和喷射混凝土支护。

切削法支护适用于坚硬岩体，可利用机械设备将岩体切削成块体，提高开挖效率；封闭式隧道衬砌常用于软岩和岩溶地质，通过衬砌来稳定洞室，防止岩体塌方；洞室围岩锚索支护适用于有裂隙和节理的岩层，通过锚杆和锚索来支撑洞室的围岩；喷射混凝土支护可填补空隙，提高围岩的整体强度。

六、围岩支护施工技术围岩支护施工技术包括预应力锚杆技术、掌子面灌浆技术、双壁管法等。

预应力锚杆技术可以通过张拉锚杆提高围岩的整体稳定性；掌子面灌浆技术是将浆液注入洞室围岩的裂隙和空隙中，加固围岩的支护结构；双壁管法通过一次性注浆管在开挖过程中形成支撑结构，确保隧道的稳定和安全。

七、围岩监测与预测围岩监测是评估围岩支护效果和掌握围岩变形和破坏的重要手段。

围岩监测主要包括岩体位移监测、地下水位监测、应力监测和裂隙监测等。

通过对监测数据的分析和处理，可以预测围岩变化，及时采取相应的围岩支护措施。

八、结论围岩支护设计与施工技术在隧道开挖施工中起着至关重要的作用。